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第五章 无刷双馈电机运行仿真
定子采用发电机惯例，转子采用电动机惯例时，dq坐标系中DFIG电压方程式为：
?uds?u?qs ??udr??uqr
磁链方程式为： ??ds???qs ???dr???qr
?Rsids?p?ds-?1?qs?Rsiqs?p?qs-?1?ds?Rridr?p?dr-?s?qr?Rriqr?p?qr-?s?qr （4-1）
?Lsids?Lmidr?Lsiqs?Lmiqr?Lridr?Lmids?Lriqr?Lmiqs （4-2）
式中，Rs，Rr为定、转子绕组等效电阻；Ls，Lr，Lm为d，q轴定、转子绕组自感及互感；ids，iqs，idr，iqr为d，q轴定、转子电流；uds，uqs，uqr，udr为d，q定、转子电压；
?ds，?qs，?dr，?qr为d，q轴定子转子磁链；?1，?s为同步角速度和滑差角速度。
电机空载运行时有
ird?irq?0将式4-1代入式4-2中，可以得到
?uds?Lmpird-?1Lmirq?uqs??1Lmird?Lmirq? ? （4-3）
u?（R?Lp）i-?Lirrrdsrrq?rd??urq??rLrird?(R?Lrp)irq运动方程和电磁转矩方程简化为
（J/pn）(d?r/dt)?TL???r?d?/dt ? （4-4） ?Te?0?式（4-4）即为发电机空载运行时的数学模型。
4.3小结
详细分析了风力发电机并网的重要性，并且对两种并网方式做了研究即负载并网方式和空载并网方式，比较了两者的优缺点。其次对变速恒频发电机控制策略进行了研究，研究了DFIG的并网控制原理，建立了DFIG空载运行时的数学模型。
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第五章无刷双馈电机运行仿真
5.1仿真模型的建立
随着控制理论和控制系统的迅速发展，对控制效果的要求越来越高，控制算法也越来越复杂，因而控制器的设计也越来越困难。于是自然地出现了控制系统地计算机辅助设计技术。近30年来，控制系统的计算机辅助设计技术的发展已经达到了相当高的水平，出现了很多的计算机辅助设计语言和应用软件。目前，MATLAB (Matrix Laboratory)是当今国际上最流行的控制系统辅助设计的语言和软件工具。
MATLAB是由Math Works公司开发的一种主要用于数值计算及可视化图形处理的高科技计算语言。它将数值分析、矩阵计算、图形处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的多科学提供了一种高效率的编程工具，集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图象处理等于一体。
MATLAB具有三大特点:
1、功能强大:包括数值计算和符号计算，计算结果和编程可视化，数学和文字统一处理，离线和在线皆可处理;
2、界面友好，语言自然:MATLAB以复数矩阵为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近;
3、开放性强:MATLAB有很好的可扩充性，可以把它当作一种更高级的语言去使用，可容易地编写各种通用或专用应用程序;
正是由于MATLAB的这些特点，使它获得了对应用学科(特别是边缘科学和交叉科学)的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件，成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具。
MATLAB有许多工具箱(Toolbox)，这些工具箱大致分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。前者主要用来扩充MATLAB的符号计算功能、图视建模功能和文字处理功能以及与硬件实时交互功能;后者专业性较强，如控制工具箱(Control Toolbox)、神经网络工具箱(Neural Network Toolbox)、信号处理工具箱((Signal Processing Toolbox)等，使MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化，数理统计和随机信号分析、电路及系统、系统动力学、信号和图象处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统、财政金融等众多专业领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。
在MATLAB中，Simulink是一个比较特别的工具箱，它具有两个显著的功能:Simu(仿真)与Link(链接)，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性;同时，进一步扩展了MATLAB的功能，可实现多工作环境间文件互用和数据交换。它支持线性和非线性系统、连续时间系统和离散时间系统、连续和离散混合系统，而且系统可以是
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第五章 无刷双馈电机运行仿真
多进程的。
Simulink提供了友好的图形用户界面(GUI )，模型由模块组成的框图来表示，用户建模通过简单的单击和拖动鼠标的动作就能完成。Simulink的模块库为用户提供了多种多样的功能模块，其中有连续系统(Continuous )、离散系统(Discrete)、非线性系统(Nonlinear)等几类基本系统构成的模块，以及连接、运算模块。而输入源模块(Sources)和接受模块(Sinks)则为模型仿真提供了信号源和结果输出设备。模型建立后，可以直接对它进行仿真分析。可以选择合适的输入源模块(如正弦波((Sine Wave) )作信号输入，用适当的接收模块(如示波器(Scope) )观察系统响应、分析系统特性、仿真结果输出到接收模块上。如果仿真结果不符合要求，则可以修改系统模型的参数，继续进行仿真分析。
5.2无刷双馈电机开环系统的建模
在第二章推到了无刷双馈电机转子速坐标系下的模型。
根据电磁转矩方程式3-8和电机运动方程式3-9，我们可以得到无刷双馈电机在d-q坐标系上的数学模型
我们将此模型变换成状态方程的形式，建立无刷双馈电机的动态仿真模型。
先分别建立定子、转子、电磁转矩、电压3s/2r变换的仿真模型形成各个子系统模块然后封装起来，即可得到整个无刷双馈电机的动态仿真模型。
根据坐标变换原理建立3s/2r变换的仿真子系统模块如图5.1 所示。
图5.1 3s/2r变换模块
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根据电压方程的转子速d-q坐标模型：可得到定转子模型如图5.2 a 功率绕组模型 b 控制绕组模型 c转子模型
a b c 图5.2 定转子模型
电磁转矩仿真子系统模块如图5.3所示
图5.3电磁转矩仿真模型
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